KR100585977B1 - 스토퍼 로드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 기밀을 개선한 일체형 스토퍼 로드에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 스토퍼 로드는 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 내화재를 적어도 부분적으로 포함하는 내화재 본체를 구비한다.

Description

스토퍼 로드{STOPPER ROD}

본 발명은 주탕계(pouring group)에서부터의 용융 금속의 흐름, 예컨대, 분배기 또는 주조 레들(ladle)로부터 강 또는 주철의 흐름을 조절하는 새로운 스토퍼 로드로서, 특히 리프팅(lifting) 기구에 부착하기 위한 수단을 구비하는 일체형 스토퍼 로드에 관한 것이다. 특정 실시에서는, 상기 스토퍼 로드는 연속 주조 작업 동안 용탕 배스(molten metal bath) 안으로 아르곤 등과 같은 불활성 가스를 도입하는 수단 역시 구비한다.

스토퍼 로드와 그것의 사용법은 특히 본원에서 참조로 하고 있는 미국 특허 제4,946,083호와 제5,024,422호 등에 의해 당업자에게 공지되어 있다. 특히, 상기 특허들은 리프팅 기구에 부착될 수 있는 일체형 스토퍼 로드를 개시하며, 그 스토퍼 로드는 내화재의 가늘고 긴 본체와, 이 내화재 본체에 부착되는 가늘고 긴 금속 로드를 포함한다.

a) 상기 내화재의 가늘고 긴 본체에는 이 본체에 대해 동축으로 배치되며, 스토퍼 로드를 리프팅 기구에 부착하기 위한 금속 로드를 고정되게 수용하도록 되어 있는 보어홀(borehole)이 있다. 상기 내화재 본체의 축방향 보어홀은 그 본체의 상단부에서 일정 간격 떨어진 환형 밀봉면이 마련된 확장부를 구비한다. 금속 로드를 부착하기 위한 수단은 일반적으로 확장부와 내화재 본체의 하단부 사이에 위치한다. 내화재 본체는 그것의 하단부에 용탕 배스 안으로 가스를 도입하기 위한 수단을 구비할 수 있다.

b) 상기 금속 로드의 하부에는 상기 내화재 본체의 보어홀과 연통하게 되는 축방향 보어홀이 있다. 상기 금속 로드는 기밀한 밀봉을 생성하도록 상기 내화재 본체의 환형 밀봉면에 대면하는 환형 밀봉면이 마련된 칼라(collar)를 구비한다. 금속 로드의 상단부는 리프팅 기구에 부착할 수 있도록 되어 있고, 이 리프팅 기구는 분배기와 같은 주탕계의 내부에서 스토퍼 로드를 수직으로 이동시키는 것을 가능하게 한다. 내화재 본체에 부착하기 위한 수단은 일반적으로 칼라와 금속 로드의 하단부 사이에 위치한다.

스토퍼 로드는 로드의 상단부를 통해 가스 공급 라인에 연결되지만, 이는 일반적인 것이지 반드시 그렇다는 것은 아니다.

이러한 스토퍼 로드의 사용 중에, 도입된 가스는 하부에서 내화재 본체의 축방향 보어홀로 전달된다. 내화재 본체가 그것의 하부에 용탕 배스 안으로 가스를 도입하는 수단을 구비함으로써, 스토퍼 로드는 용탕 배스 안으로 가스를 도입할 수 있다. 로드와 내화재 본체에 있어서의 대면하는 환형 밀봉면들은 공기의 침투뿐만 아니라, 불활성 가스의 현저한 손실을 방지한다. 이러한 기밀을 한층 더 개선하기 위해, 이들 밀봉면 사이에 기밀한 환형 개스킷을 배치하는 것이 제시되었다. 예컨대, 미국 특허 제4,694,083호에는 흑연과 같은 내고온성 재료로 된 약 0.4 mm의 두께의 개스킷이 설치될 때, 로드와 내화재 본체의 환형 밀봉면들 사이의 계면이 3 bar까지의 압력을 견딜 수 있는 기밀성을 제공한다고 개시되어 있다.

이러한 밀봉은 고급 용융 금속 주조에 필수적이다. 먼저, 주탕시에 용융 금속을 산화시키는 공기의 침투에 대한 양호한 방지를 보장하는 것이 필요하다. 한편, 불활성 가스가 스토퍼 로드를 통해 주입되는 경우, 결코 무시할 수 없을 정도의 과도한 생산 비용 상승을 야기하는 불활성 가스의 손실을 최소화하는 것 또한 반드시 필요하다. 그러나, 현재 사용중인 시스템은 이들 두 가지 관점에 대해 완전히 만족스러운 해결책을 여전히 제공하지 못하고 있다.

이 부분에 관한 본 출원인이 연구를 수행하던 중, 상기 문제점은 몇 가지의 이유(로드의 나사 풀림, 로드의 팽창 등)로 인해, 로드와 내화재 본체 사이의 서로 대면하는 환형 밀봉면들 사이의 밀봉 접합부에서 기밀의 손실이 발생할 수 있다는 점에 의한 것이라는 것을 발견하였다.

그 후에, 본 출원인은 스토퍼 로드의 기밀성을 특정 형태의 내화재 본체를 사용함으로써 개선시킬 수 있음을 발견하였다.

본 발명에 있어서, 적어도 부분적으로는 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 내화재로 이루어진 일체형의 내화재 본체를 구비하는 스토퍼 로드가 사용된다.

본 발명은 리프팅 기구에 부착할 수 있는 일체형 스토퍼 로드에 관한 것으로,

(a) 내화재의 가늘고 긴 본체와, (b) 이 본체에 부착되는 가늘고 긴 금속 로드를 포함하는 스토퍼 로드로서,

상기 가늘고 긴 본체는 (i) 이 본체에 대하여 동축으로 배치되고, 스토퍼 로드를 리프팅 기구에 부착하기 위한 금속 로드를 고정되게 수용하도록 되어 있으며, 상기 본체의 상단부에서 일정 간격 떨어져 환형 밀봉면이 마련된 확장부를 구비한 축방향 보어홀과, (ⅱ) 상기 금속 로드를 부착하기 위한 수단을 구비하며,

상기 금속 로드는 그 상단부에서 주탕계 내에서 스토퍼 로드를 수직으로 이동시키는 리프팅 기구에 부착되도록 되어 있는 스토퍼 로드에 있어서,

상기 내화재의 가늘고 긴 본체가 적어도 부분적으로는 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 내화재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드이다.

본 발명의 특정 실시예에 있어서, 스토퍼 로드는 가스 공급 라인에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 내화재의 가늘고 긴 본체는 그것의 하단부에 용탕 배스 안으로 가스를 도입하기 위한 수단을 구비하고, 상기 가늘고 긴 금속 로드는 그것의 하단부에서 내화재 본체의 보어홀과 연통하는 축방향 보어홀을 구비한다.

"상대적으로 가스에 대해 불투과성 재료"라 함은 스토퍼 로드의 작동 온도 부근에서의 비투과율(specific permeability : ㎡)이 보편적으로 사용되는 재료들의 비투과율 보다 작다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 상대적 불투과성 내화재로 된 스토퍼 로드의 작동 온도 부근에서의 비투과율은 보편적으로 사용되는 재료들의 비투과율의 절반 보다 작다. 보편적인 재료는 일반적으로 5x10^-17에서 5x10^-16 ㎡ 사이의 비투과율을 가진다. 본 발명에 있어서의 바람직한 상대적 불투과성 재료는 5x10^-17 ㎡ 보다 작은 비투과율을 가진다. 상대적으로 가스에 대해 불투과성을 갖는 적절한 내화재는 기공의 평균 지름을 감소시킬 수 있는 첨가제가 포함된 혼합물 중에서 선택된다. 이들 첨가제는 당업자에게 잘 공지되어 있다. 예컨대, 알칼리(Na₂O, K₂O, CaO, B₂O₃, 등), 실리카 등과 같은 용제(fluxing agent)는 내화재의 합성물에 포함될 수 있다. 고온으로 될 때에 탄화물을 형성하는 금속 성분 또한 포함될 수 있다. 또한, 분말 합성물로 실시함으로써 기공의 평균 지름을 결정하는 것이 가능한 데, 그 분말 합성물의 입도는 평균 기공 지름을 감소시키도록 입도를 선택된다.

분명히, 이들 방법 중 하나 또는 그 이상이 조합될 수 있다. 바람직하게는, 용제가 내화재의 합성물에 혼합된다.

본 출원인은 불투과성과 용융 금속에 대한 내부식성 사이의 적당한 절충점을 갖는 내화재를 구하는 것이 쉽지 않다는 것을 알았다. 그러므로, 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 내화재 본체는 두 가지 이상의 상이한 내화재로 이루어진다. 즉, 내화재 본체는, 밀봉 개스킷이 위치한 영역을 실질적으로 둘러싸고 있는, 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 혼합물로 이루어진 제1 부분과, 용융 금속에 의한 부식에 대해 저항성을 갖는 내화재로 이루어진 제2 부분을 구비한다. 본 실시예에 있어서, 내화재 본체의 용융 금속과 접해 있는 부분은, 본질적으로 부식에 대해 저항성이 있는 내화재로 이루어지는 것이 바람직하고, 반면에 밀봉 접합부가 위치한 영역을 실질적으로 둘러싸고 있는 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 혼합물로 이루어지진 부분은 용융 금속과 접하지는 않는다.

이 경우에, 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 재료는 스토퍼 로드의 작동 온도 부근에서의 비투과율이 부식에 대해 저항성이 있는 재료 또는 재료들의 비투과율 보다 적은 재료라는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 상대적 불투과성 내화재로 된 스토퍼 로드의 작동 온도 부근에서의 비투과율은 내부식성 재료들의 비투과율의 절반 보다 작다.

보편적인 내부식성 재료는 일반적으로 5x10^-17내지 5x10^-16 ㎡ 사이의 비투과율을 가진다. 본 발명에 있어서 바람직한 상대적 불투과성 재료는 5x10^-17 ㎡보다 작은 비투과율을 가진다.

본 발명에 있어서의 내화재 본체는 당업자에게 잘 알려진 종래 기술 중 어느 것에 의해서든지 제조될 수 있다. 특히, 상기 내화재 본체는 냉간 혹은 열간 프레스 가공 또는 등압 프레스 가공(isostatic pressing)에 의해서도 제조될 수 있다. 편의를 도모하기 위해, 내화재 본체가 몇 가지의 다른 내화재로 이루어지는 경우에, 한곳 이상의 부분, 즉 일반적으로 접근이 덜 용이한 부분에 대해 먼저 프레스 가공을 행하는 것이 더욱 바람직하다. 일반적인 방식으로, 내화재 본체에 있어서의 밀봉 개스킷이 위치하는 영역을 둘러싸는 부분에 대해 먼저 프레스 성형을 행하는 것이 더 바람직하다.

본원의 스토퍼 로드는 본원에서 참조로 하고 있는 미국 특허 제4,946,083호와 제5,024,422호에 개시된 것과 본질적으로 유사하다. 변형예로서, 본 특허 출원과 동일자로 출원된 본 출원인 명의의 벨기에 특허 출원에 기술된 바와 같이, 내화재 본체의 환형 밀봉면과 접촉하는 밀봉 개스킷의 압착을 유지하기 위한 수단을 구비한 스토퍼 로드를 이용하는 것도 또한 가능하다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스토퍼 로드의 상단부의 부분 단면도이다.

상기 도면에서, 스토퍼 로드(1)는 상단부(4)에서 하단(도시 생략)까지 연장하는 축방향 보어홀(4)을 구비하는 내화재의 가늘고 긴 본체(2)를 포함한다. 내화재 본체는 용탕 배스 안으로 불활성 가스를 도입하기 위한 수단(도시 생략)을 구비한다.

또한, 내화재 본체는 금속 로드(6)를 부착하기 위한 수단(5)을 구비한다. 금속 로드(6)에도 그것의 상단부(8)에서 하단부(9)로 통하는 축방향 보어홀(7)이 마련된다. 상단부(8)는 불활성 가스 공급을 위한 연결 장치(도시 생략)를 수용할 수 있도록 되어 있다. 또한, 금속 로드의 상단부(8)는 리프팅 기구(도시 생략)에 부착될 수 있도록 되어 있다. 아르곤 등과 같은 압축 가스는 금속 로드(6)에 의해 내화재 본체의 보어홀(3) 안으로 도입되고, 내화재 본체의 하단부를 통해 용탕 배스 안으로 운반된다.

내화재 본체(2)는 밀봉면을 형성하는 확장부(10)을 구비한다. 2개의 흑연 개스킷(11, 11')이 상기 밀봉면에 안착되고, 이로 인해 공기의 침투와 불활성 가스의 손실을 방지한다.

내화재 본체(2)는 두 가지의 상이한 내화재로 이루어진다. 즉, 내화재 본체(2)는, 내화재 본체에 있어서의 밀봉 개스킷(11, 11')이 위치한 영역을 실질적으로 둘러싸고 있는, 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 재료로 이루어진 제1 부분(16)과, 용융 금속에 의한 부식에 대해 저항성을 갖는 내화재로 이루어진 제2 부분(17)을 포함한다.

도 1에서, 금속 로드(6)는 환형 밀봉면을 가지는 칼라(12: collar)를 구비하고, 상기 환형 밀봉면은 가스에 대한 밀봉을 생성하도록 내화재 본체의 보어홀의 환형 밀봉면(10)과 대면하고 있다.

도 2에서는, 슬리브(14)가 금속 로드(6)에 끼워져서 개스킷(11, 11')을 압착시킨 상태로 유지한다. 이 슬리브는 상부에서 와셔(13)에 의해 봉쇄되어 있고, 이 와셔는 너트(15)에 의해 유지되어 있다. 와셔(13)는 조립체에 강성을 증대시키기 위해 내화재 본체(2)의 상단부(4)와 접촉해 있는 것이 바람직하다.

슬리브(14)는 금속 로드(6)의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 재료로 이루어지고, 상기 슬리브의 길이는, 주탕 중에 스토퍼 로드가 이르게 될 온도의 영향하에서, 슬리브가 금속 로드의 하단부를 향해 충분히 팽창하여 금속 로드의 팽창을 적어도 보상하기에 충분한 길이를 갖는다.

바람직하게는, 슬리브의 팽창은 본질적으로 금속 로드의 팽창을 정확하게 보상한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 슬리브가 충분한 길이를 가질 수 있도록 하기 위해 필요로 하는 경우에, 슬리브(14)는 내화재 본체(2)의 상단부에서 돌출할 수 있다. 슬리브(14)는 금속 로드(6)에 끼워져 그 금속 로드와 함께 자유로운 조립체를 형성하여, 회전 및 활주하거나 단지 활주만 하게 된다. 슬리브(14)의 상단부는 금속 로드(6)에 고정되게 위치한 봉쇄 수단(13, 15)에 바로 맞대어져 있어, 팽창 효과에 의해, 슬리브(14)는 상기 봉쇄 수단의 반대되는 축방향으로만 신장된다.

슬리브의 길이뿐만 아니라 슬리브를 구성하는 재료는 금속 로드[일반적으로 12.5 ㎛/℃ 정도의 열팽창 계수를 갖는 봉강에서 기계 가공됨]와 내화재 본체[통상적으로 3-6 ㎛/℃ 정도의 열팽창 계수 갖는 등압 프레스 가공(isostatic pressing)에 의해 얻어진 내화재로 구성]를 구성하는 재료와 이것의 치수와의 함수로서 선택된다.

슬리브의 길이뿐만 아니라 슬리브를 구성하는 재료는 열물리학의 기본 원리에 의해 쉽게 결정된다.

이렇게 일차적인 근사치로 결정된 값으로 시작하지만, 이들은 일반적으로 우수한 결과를 제공하며, 또, 특별한 어려움 없이 시행 착오법(trial and error)에 의해 시스템을 최적화 하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서, 슬리브는 주탕하는 동안 스토퍼 로드가 겪게 되는 고온을 결딜 수 있는 높은 열팽창 계수의 재료로 구성된다. 예컨대, 프릿화(fritted)된 마그네시아와 같은 높은 열팽창 계수의 내화재가 사용될 수 있다. 이러한 용례에 대해 바람직한 재료는 열팽창 계수와 용융점이 높은 금속 또는 금속 합금 중에서 찾을 수 있다.

또한, 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 스토퍼 로드는 내화재 본체로부터 금속 로드가 분리되는 것을 방지하는 수단을 또한 구비한다. 이러한 수단들은 본원에서 참조로 하고 있는 벨기에 특허 출원 번호 제9800838호에 개시되어 있다. 따라서, 나사가 형성된 축방향 내부 보어홀을 구비하여 내화재 본체 내에 고정되는 금속 삽입물이 내화재 본체에 금속 로드를 부착하기 위한 수단으로 사용될 경우, 내화재 본체로부터 돌출한 지점에서 1쌍의 평행한 평면을 로드에 마련하고, 내화재 본체와 고정되게 결합되는 일체형의 포오크형 플랜지(forked flange)를 이들 평면에서 지지함으로써 삽입물로부터 로드의 나사 풀림이 방지된다. 이러한 고정된 결합은 포오크형 플랜지를 통과하여 내화재 본체 안으로 연장하는 축 형태로 삽입된 핀에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (12)

1. (a) 내화재의 가늘고 긴 본체(2)와,

   (b) 상기 본체(2)에 부착되는 가늘고 긴 금속 로드(6)

   를 포함하는 스토퍼 로드로서,

   상기 가늘고 긴 본체(2)는, (i) 이 본체(2)에 대하여 동축으로 배치되며, 상기 스토퍼 로드를 리프팅 기구에 부착하기 위한 금속 로드(6)를 고정되게 수용하도록 되어 있고, 상기 본체(2)의 상단부(4)에서 일정 간격 떨어진 환형 밀봉면(10)을 제공하는 확장부를 구비하는 축방향 보어홀(3)과, (ⅱ) 상기 금속 로드(6)를 부착하기 위한 수단(5)을 구비하며,

   상기 금속 로드(6)는 그 상단부(8)에서, 스토퍼 로드(1)를 주탕계 내에서 수직으로 이동시키는 리프팅 기구에 부착되도록 되어 있는 스토퍼 로드에 있어서,

   상기 본체(2)는 두 가지 이상의 상이한 내화재로 이루어지는 것으로, 그 제1 부분(16)은 밀봉 개스킷(11, 11')이 위치하는 영역을 실질적으로 둘러싸며 5x10^-17㎡ 보다 낮은 비투과율을 갖는, 상대적으로 가스에 대해 불투과성의 혼합물로 이루어지는 한편, 상기 제1 부분의 재료는 용융 금속과 접촉하지 않으며, 적어도 제2 부분(17)은 용융 금속에 의한 부식에 대해 저항성을 갖는 내화재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 로드(6)는 그것의 하부(9)에서 본체(2)의 보어 홀(3)과 연통하는 축방향의 보어 홀(7)을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체(2)는 그것의 하단부에 용탕 배스 안으로 가스를 도입하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 재료는, 기공의 평균 지름을 감소시킬 수 있는 첨가제로서, 고온에 이르게 될 때 탄화물을 형성하는 금속 성분 및 용제 중에서 하나 이상을 포함하는 내화재 중에서 선택되어 지는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
5. 제4항에 있어서, 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 재료는 알칼리성 산화물 또는 실리카 중에서 선택된 용제를 포함하는 재료 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상대적으로 가스에 대해 불투과성인 재료는 분말 합성물로 제조되고, 그 분말 합성물의 입도는 비투과율이 감소된 재료가 얻어지도록 결정되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 로드(6)와 본체(2)의 환형 밀봉면(10) 사이의 기밀은 금속 로드(6)에 위치하는 칼라(12)에 의해 보장되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 본체(2)의 환형 밀봉면(10)과 접촉하는 밀봉 개스킷(11, 11')의 압착을 유지하기 위한 수단(14)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
9. 제8항에 있어서, 밀봉 개스킷(11, 11')의 압착을 유지하기 위한 수단으로서 금속 로드(6)에 끼워지는 슬리브(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
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